ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


MAI TIẾN SỸ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ
BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT BẬC HAI
CHO TAY MÁY ROBOT CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số
:
62.52.02.16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2020


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Tiến Dũng

Phản biện 1: TS. Nguyễn Quốc Định
Phản biện 2: TS. Hà Xuân Vinh

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa họp tại Trường
Đại học Bách khoa vào ngày 18 tháng 1 năm 2020

Mục tiêu tổng quát:

Mục tiêu cụ thể:
3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu.
Đối tƣợng nghiên cứu.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu thực tiễn:


2
5. C u tr c của uận văn.
Bản luận văn gồm 4 chương chính, nội dung tóm tắt như sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu chung.
Chƣơng 2: Động ực học của tay máy robot.
Chƣơng 3: Thiết kế thuật toán điều khiển tay máy robot công
nghiệp.
Chƣơng 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả.
6. Tổng quan tài iệu nghiên cứu
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.
Giới thiệu về ịch sử phát triển của Robot công nghiệp.
1.2.
Giới thiệu về tay máy robot công nghiệp
Robot công nghiệp là một tay máy tự động linh hoạt thay thế
từng phần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của
con.
Robot là sự kết hợp các mối liên kết cơ học, được điều khiển

bậc tự do.
2.1.1.
Động học thuận của tay máy robot.
2.1.1.1. Các khái niệm cơ bản.
2.1.1.2. Các bước cơ bản để lập phương trình động học của tay
máy robot tổng quát
2.1.1.3. hương trình động học của tay máy robot 2 bậc tự do.
Khảo sát tay máy robot có 2 khâu phẳng như hình 2.7. Ta gắn
lên các hệ trục tọa độ như sau: các trục z, z1 vuông góc với mặt phẳng
tờ giấy. Hệ tọa độ cơ sở Oxyz và hệ O1x1y1z1 gắn lên khâu số 2 như
hình vẽ.
Chọn các biến khớp q1, q2 là góc quay của các khâu 1 và khâu 2
như hình vẽ. Giả sử khâu chấp hành cuối được gắn tại điểm mút P của
khâu số 2 có tọa độ P(x,y). cũng chính là tọa độ của vật thể. Phương
trình động học của tay máy robot là quan hệ giữa tọa độ của vật thể

 x
 y

trong hệ tọa độ cơ sở [x y] và các biến khớp [q1 q2]:     q1 , q 2  .
2.1.2.
Động học ngược của tay máy robot 2 bậc tự do.
2.2.
Mô hình động ực học của tay máy Robot n bậc tự do.
2.2.1.
Giới thiệu về động lực học của robot.
2.2.2.
Động lực học Lagrange của tay máy robot n bậc tự do.



m2

3.5 (kg)

Chiều dài tay máy thứ 1

l1

0.5 (m)

Chiều dài tay máy thứ 2

l2

0.5 (m)

Khoảng cách trọng tâm tay máy thứ 1 đến
khớp nối

lc1

0.3 (m)

Khoảng cách trọng tâm tay máy thứ 2 đến
khớp nối

lc2

0.3 (m)



Sliding Mode Controller

Hình 4.1. Mô hình mô phỏng toàn hệ thống trên Matlab, Simulink và
SimMechanics
1
Input torque1
Joint Actuator 1

Torque sensor 1

Torque Link

Torque sensor 2

2
Input torque2
Joint Actuator 2
Env
Machine
Environment

B

F

Ground

CS1




6

Hình 4.3. Khối mô phỏng Robot.
Giá trị của các tham số của thuật toán điều khiển điều khiển
trượt truyền thống sử dụng phương pháp lớp biên:

Scope

[

]

[

]

[

]

[

]

Scope1

q1


qd2_dot

2
T orque 2

qd1_dotdot

qd2_dotdot

Scope3

Sliding Mode Controller

Hình 4.4. Khối mô phỏng thuật toán điều khiển trượt truyền thống.
a) Trường hợp 1:  = 0,3 (lớp biên).

Hình 4.5. Đồ thị góc quay của khớp 1


7

Hình 4.6. Đồ thị góc quay của khớp 2
Đồ thị ở hình 4.5 và hình 4.6 thể hiện góc quay của khớp 1 và
khớp 2 đường nét màu đỏ là góc quay mong muốn, đường nét màu
xanh là góc quay thực tế của khớp 1 và khớp 2 do thuật toán điều
khiển đạt được. Qua đó chúng ta nhận thấy sau một khoảng thời gian
quá độ ngắn ban đầu, góc quay thực tế được điều khiển bám sát với
góc quay mong muốn đối với đồ thị góc quay khớp 2. Nhưng đối với
góc quay khớp 1 thì chậm bám sát hơn.


10
Hình 4.11 và hình 4.13 thể hiện kết quả mặt trượt S1 và mặt
trượt S2. Hình phóng đại của các mặt trượt này được thể hiện ở hình
4.12 và hình 4.14. Cho ta thấy do s  0, nên kết quả vẫn bị dao động
nên xảy ra hiện tượng chattering.
Trường hợp lớp biên:  = 2.2

Hình 4.15. Đồ thị góc quay của khớp 1

Hình 4.16. Đồ thị góc quay của khớp 2
Đồ thị ở hình 4.15 và hình 4.16 thể hiện góc quay của khớp 1 và
khớp 2 đường nét màu đỏ là góc quay mong muốn, đường màu xanh
là góc quay thực tế của khớp 1 và khớp 2 do thuật toán điều khiển đạt
được. Qua đó chúng ta nhận thấy góc quay thực tế không bám với góc
quay mong muốn. Nhưng sai số điều khiển bám quỹ đạo lại tăng lên
so với Trường hợp lớp biên:  = 0,9.


11

Hình 4.17: Tín hiệu mô-men điều khiển khớp 1

Hình 4.18. Zoom tín hiệu mô-men điều khiển khớp 1

Hình 4.19. Tín hiệu mô-men điều khiển khớp 2


12

Hình 4.20. Zoom tín hiệu mô-men điều khiển khớp 2



14
Mô phỏng hệ thống điều khiển tay máy Robot công nghiệp
2 bậc tự do hoạt động với thuật toán điều khiển trƣợt bậc
2 (SOSMC – Second order Sliding Mode Control)
Giá trị của các tham số của thuật toán điều khiển điều khiển trượt
bậc 2:
4.2.

[

]

[

]

Hình 4.25. Tín hiệu momen điều khiển của khớp 1

Hình 4.26. Zoom tín hiệu momen điều khiển của khớp 1

Hình 4.27. Tín hiệu momen điều khiển của khớp 2


15

Hình 4.28. Zoom tín hiệu momen điều khiển của khớp 2
Hình 4.25 và 4.27 thể hiện kết quả tín hiệu mô men điều khiển
truyền động cho khớp 1 và khớp 2. Hình phóng đại của các tín hiệu


Hình 4.34. Sai số góc quay mong góc quay thực tế của khớp 2
Đồ thị ở hình 4.31 và hình 4.32 thể hiện Sai số góc quay mong
góc quay thực tế của khớp 1 và khớp 2. Qua đó chúng ta nhận thấy
thuật toán điều khiển bậc 2 sau một khoảng thời gian quá độ ban đầu,
sai số tín hiệu điều khiển gần như bằng không.


18

Hình 4.35. Mặt trượt S1_SOSMC

Hình 4.36. Zoom mặt trượt S1_SOSMC

Hình 4.37. Mặt trượt S2_SOSMC


19

Hình 4.38. Zoom mặt trượt S2_SOSMC
Hình 4.35 và hình 4.37 thể hiện kết quả mặt trượt S1 và mặt
trượt S2. Hình phóng đại của các mặt trượt này được thể hiện ở hình
4.36 và hình 4.38. Của thuật toán điều khiển bậc 2. Cho ta thấy kết
quả là mặt trượt về 0 và không xảy ra hiện tượng chattering.
Nhận xét: Với kết quả cho thấy mô phỏng ở thuật toán điều
khiển tay máy robot công nghiệp 2 bậc tự do hoạt động với thuật toán
điều khiển trượt bậc 2. Thì cho ta kết quả rất tốt mặc dầu ở đây ta mới
dùng hàm dấu sign.
4.3.


Hình 4.44: Zoom So sánh momen của khớp 1

Hình 4.45: So sánh momen của khớp 2

Hình 4.46: Zoom so sánh momen của khớp 2
Đồ thị ở hình 4.43 và hình 4.45 thể hiện momen của khớp 1 và
khớp 2. Đường nét đứt màu xanh dương là điều khiển trượt truyền
thống và đường nét đứt màu đỏ là điều khiển trượt bậc 2. Hình phóng


23
đại của các tín hiệu này được thể hiện ở hình 4.44 và hình 4.46. Qua
đó chúng ta nhận thấy momen thuật toán điều khiển trượt bậc 2 và
momen thuật toán điều khiển trượt truyền thống, hai momen này chạy
gần sát nhau chứng tỏ momen của hai bộ điều khiển gần như nhau.

Hình 4.47: So sánh góc quay của khớp 1

Hình 4.48: Zoom so sánh góc quay của khớp 1

Hình 4.49: So sánh góc quay của khớp 2